傳感器檢測中的八種抗干擾技術(shù)分析

本文總結了傳感器檢測中的八種抗干擾技術(shù)，分析了各種抗干擾技術(shù)的工作效果、適用場(chǎng)景、操作流程和內部原理等細節。文章開(kāi)頭闡述了傳感器在現代生活中的廣泛應用程度，以及傳感器在現實(shí)生活中使用的問(wèn)題，直截了當地指出了抗干擾技術(shù)在傳感器檢測中的重要性。它還側重于各種抗干擾技術(shù)的不同細節。

隨著(zhù)現代科技的進(jìn)步，各種傳感器和自動(dòng)檢測裝置被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，對各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節進(jìn)行監控。還需要一臺計算機來(lái)控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，其中通常需要數百個(gè)不同的傳感器來(lái)轉換不同的非電氣參數以供計算機處理。

生產(chǎn)現場(chǎng)的電或磁干擾往往很大，可能會(huì )破壞傳感器和計算機甚至整個(gè)檢測系統的正常工作。因此，抗干擾技術(shù)是傳感器檢測系統的重要組成部分。此外，從事自動(dòng)檢測的人需要了解抗干擾技術(shù)。

電子測量裝置電路中出現的無(wú)用信號稱(chēng)為噪聲，當噪聲影響電路的正常工作時(shí)，噪聲稱(chēng)為干擾。在信號傳輸過(guò)程中形成干擾必須具備三個(gè)因素，即干擾源、干擾路徑和對噪聲敏感度高的接收電路。減少或消除噪聲干擾的方法可以對這三個(gè)部分中的任何一個(gè)采取措施。針對干擾路徑和接收電路采取措施是傳感器檢測電路中比較常用的方法。

下面介紹幾種常用且有效的抗干擾技術(shù)

容器由金屬材料制成，通過(guò)包裹需要保護的電路可以有效防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的干擾，這種方法稱(chēng)為屏蔽技術(shù)，分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽。等等。

根據電磁原理，置于靜電場(chǎng)中的密封空心導體內部沒(méi)有電場(chǎng)線(xiàn)，內部各點(diǎn)電位相等?；谶@個(gè)原理，我們可以用銅或鋁等導電性好的金屬材料制作一個(gè)密閉的金屬容器，將需要保護的電路放在里面，并與地線(xiàn)相連，使外界干擾電場(chǎng)不影響其內部電路。反過(guò)來(lái)，內部電路產(chǎn)生的電場(chǎng)不會(huì )影響外部電路。

這種方法稱(chēng)為靜電技術(shù)。例如，在傳感器測量電路中，在電源變壓器的一次側和二次側之間插入有間隙的導體，然后接地，以防止兩個(gè)繞組之間的靜電耦合。這種方法屬于靜電屏蔽。

根據渦流原理，高頻干擾電磁場(chǎng)在屏蔽金屬中產(chǎn)生渦流，會(huì )消耗干擾磁場(chǎng)的能量。即利用渦流磁場(chǎng)抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而保護被保護電路免受高頻電磁場(chǎng)的影響。這種方法稱(chēng)為電磁屏蔽。如果電磁屏蔽層接地，它還具有靜電屏蔽功能。傳感器的輸出電纜一般采用銅網(wǎng)屏蔽，既有靜電屏蔽，也有電磁屏蔽。屏蔽材料應選用具有良好導電性的低阻材料，如銅、鋁或鍍銀銅。

如果干擾來(lái)自低頻磁場(chǎng)，渦流現象不明顯，僅使用上述方法抗干擾效果不理想。因此，為了將低頻干擾磁力線(xiàn)限制在磁阻較小的磁屏蔽內部，使被保護電路免受低頻磁場(chǎng)的影響，屏蔽層必須使用高導磁率的材料。這種屏蔽方式一般稱(chēng)為低頻磁屏蔽。傳感器檢測儀器的金屬外殼充當低頻磁屏蔽。接地時(shí)還起到靜電屏蔽和電磁屏蔽的作用。

基于以上三種常用屏蔽技術(shù)，復合屏蔽電纜可用于干擾嚴重的地方，即外層為低頻磁屏蔽層，內層為電磁屏蔽層，從而達到雙屏蔽。例如，寄生電容是電容傳感器實(shí)際工作時(shí)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題，否則其傳輸效率和靈敏度會(huì )變低。所以傳感器必須靜電屏蔽，電極引出線(xiàn)采用雙層屏蔽技術(shù)，一般稱(chēng)為驅動(dòng)電纜技術(shù)，有效克服傳感器的寄生電容。

接地技術(shù)是抑制干擾的有效技術(shù)之一，是屏蔽技術(shù)的重要保障。適當的接地可以有效抑制外界干擾，同時(shí)提高測試系統的可靠性，減少系統本身產(chǎn)生的干擾因素。為確保安全和抑制干擾，接地分為保護接地、屏蔽接地和信號接地。接地保護是為了確保安全，因此傳感器測量裝置的外殼和機殼應接地，接地電阻應小于等于10 Ω 。屏蔽接地可以防止電壓對地形成低阻通路，以防止對測量設備的干擾，其接地電阻應小于0.02Ω 。

信號接地是指電子設備輸入輸出零信號電位的公共線(xiàn)，可以與大地絕緣。信號地線(xiàn)又分為模擬信號地線(xiàn)和數字信號地線(xiàn)。模擬信號一般較弱，因此對地線(xiàn)的要求較高。數字信號一般都很強，所以對地線(xiàn)的要求可以低一些。

不同的傳感器檢測條件對接地方式也有不同的要求，因此需要選擇合適的接地方式。單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地是常用的接地方式。具體處理措施如下。

在低頻電路中，一般推薦采用單點(diǎn)接地，分為輻射接地和母線(xiàn)接地。輻射接地是各功能電路與電路中零電位參考點(diǎn)的直接連接。母線(xiàn)接地是采用具有一定截面積的優(yōu)質(zhì)導體作為接地母線(xiàn)，直接連接到零電位點(diǎn)，電路中的功能塊可以連接到零電位點(diǎn)。

電路中多點(diǎn)接地會(huì )形成多個(gè)接地回路，低頻信號或脈沖磁場(chǎng)通過(guò)這些回路時(shí)會(huì )產(chǎn)生電磁感應噪聲。由于每個(gè)接地回路的特性不同，在不同閉合回路的點(diǎn)上會(huì )產(chǎn)生不同的電位差，形成干擾。應選擇單點(diǎn)接地以避免這種情況。

單點(diǎn)接地

一個(gè)完整的檢測系統可以由傳感器和測量設備組成，但兩者可以有很大的不同。工業(yè)現場(chǎng)的接地電流非常復雜，因此這兩部分接地的點(diǎn)的電位一般是不同的。如果傳感器和測量裝置的零電位異地分別接地，即兩點(diǎn)接地，大電流會(huì )流過(guò)內阻低的信號傳輸線(xiàn)，引起電壓降，導致串聯(lián)模式干擾。因此，在這種情況下，應選擇單點(diǎn)接地。

高頻電路一般建議多點(diǎn)接地。在高頻電路中，即使是一小段地線(xiàn)也會(huì )產(chǎn)生很大的阻抗壓降，而且在分布電容的作用下，不可能實(shí)現單點(diǎn)接地，所以平面接地，也叫多點(diǎn)接地，可以使用。

使用導電性好的平面體（如使用多層電路板）連接到零電位參考點(diǎn)，每個(gè)高頻電路與相鄰的導電平面體相連。由于導電平面的高頻阻抗很小，基本保證了各處電位的均勻性。更重要的是，可以通過(guò)增加一個(gè)旁路電容來(lái)減少壓降，因此多點(diǎn)接地適用于這種情況。

濾波器是抑制交流串模干擾的有效方法之一。傳感器檢測電路中常見(jiàn)的濾波電路包括Rc濾波器、交流電源濾波器和直流電源濾波器。

下面介紹這類(lèi)濾波電路的應用。

RC 濾波器

當信號源為熱電偶或應變計等信號變化較慢的傳感器時(shí)，串模干擾可以通過(guò)小體積、低成本的無(wú)源Rc濾波器得到較好的抑制。但需要說(shuō)明的是，Rc濾波器以犧牲系統響應速度為代價(jià)降低了串模干擾。

a) 單 RC 濾波器和放大器的連接 b) 雙 RC 濾波器

c) 低通濾波器圖形符號 d) 頻率特性

交流電源濾波器

電源網(wǎng)絡(luò )吸收各種高頻或低頻噪聲，常用Lc濾波器抑制混入電源的噪聲。

交流電源濾波器的內部電路

交流電源濾波器的內部電路

直流電源濾波器

直流電源通常由多個(gè)電路共享。為避免電源內阻引起多個(gè)電路之間的干擾，應在每個(gè)直流電源上加一個(gè) Rc 或 Lc 去耦濾波器，以去除低頻噪聲。

直流電源濾波器的內部電路

光電耦合技術(shù)

光耦合器從電工作到光，然后從光工作到電。由發(fā)光二極管和光電三極管組成，其輸入輸出電絕緣。因此，該器件除了用于光電控制外，現在越來(lái)越多地用于提高系統的抗共模干擾能力。當驅動(dòng)電流流過(guò)光耦合器中的發(fā)光二極管時(shí)，光電三極管被光飽和。其****極輸出高，從而達到信號傳輸的目的。即使輸入回路有干擾，只要在門(mén)限內，也不會(huì )影響輸出。

脈沖電路中的噪聲抑制

如果脈沖電路中有干擾噪聲?？梢詫斎朊}沖進(jìn)行微分再積分，設置一定幅度的閾值電壓，濾除小于閾值電壓的信號。對于模擬信號，可以先使用A/D轉換，再用這種方法濾除噪聲。

在 使用這些抗干擾技術(shù)時(shí)，應根據實(shí)際情況，不要盲目使用，否則達不到目的，甚至造成其他不良影響。

1.什么是抗干擾技術(shù)？

這種類(lèi)型的干擾器通過(guò)在跳到另一個(gè)信道之前將其攻擊限制在單信道上來(lái)節省功率。由于其高跳頻率，后續干擾器對某些抗干擾技術(shù)特別有效，例如使用慢跳頻的跳頻擴頻 (FHSS)。

2. 有幾種類(lèi)型的干擾？

干擾有兩種模式：定點(diǎn)干擾和彈幕干擾。點(diǎn)干擾是針對一個(gè)頻道或頻率的集中功率。彈幕干擾是功率同時(shí)分布在多個(gè)頻率或頻道上。干擾可能很困難，如果不是不可能檢測到的話(huà)。

3. 什么是主動(dòng)干擾？

電子對抗措施，試圖通過(guò)高功率輻射或再輻射來(lái)掩蓋或抑制敵人的電磁信號，以削弱特定頻段的使用。

4. 什么是相機干擾器？

這種 WiFi 干擾器設備幾乎可以禁用所有類(lèi)型的現有間諜相機，這些相機通過(guò)無(wú)線(xiàn)視頻、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和藍牙頻段工作。在當今的無(wú)線(xiàn)世界中，這是保持隱私的絕佳選擇。該裝置可阻擋長(cháng)達 30 米的信號，并且非常易于操作。

5. 什么是相干干擾？

一種用于欺騙寬帶 LFM 雷達的有效相干噪聲干擾方法。產(chǎn)生的干擾信號與匹配濾波器相干，并為干擾信號提供可觀(guān)的處理增益，從而產(chǎn)生錯誤的目標峰值。